巨型支撐—筒中筒多重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系性能研究.pdf

1、高層建筑的抗側(cè)力體系發(fā)展階段主要包括傳統(tǒng)的單一抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系、雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系,直至現(xiàn)在逐漸出現(xiàn)的多重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。 南京金奧大廈塔樓采用了巨型支撐-筒中筒三重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系,分別為內(nèi)部核心筒、外周框架筒以及外圍巨型鋼斜支撐,屬于一種新型的結(jié)構(gòu)體系。本文基于金奧大廈塔樓這一背景工程,對其進(jìn)行了彈性計(jì)算分析、彈塑性計(jì)算分析,并結(jié)合已完成的振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)以及巨型支撐節(jié)點(diǎn)足尺模型試驗(yàn),對其進(jìn)行較為全面的研究。 本文總結(jié)了現(xiàn)

2、有高層建筑的發(fā)展及研究狀況,同時(shí)對高層建筑抗側(cè)力體系的發(fā)展進(jìn)行了歸納。結(jié)合高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能的抗震理論方法,明確了背景工程巨型支撐筒中筒多重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系的抗震性能目標(biāo)。 運(yùn)用國際通用計(jì)算程序ETABS對背景工程進(jìn)行了風(fēng)載和地震作用下彈性計(jì)算分析,得出了巨型支撐筒中筒多重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系在風(fēng)載和地震作用下的受力及變形特征。通過統(tǒng)計(jì)風(fēng)載及地震作用下水平剪力在各重抗側(cè)力體系間的分配情況,得到支撐在側(cè)向荷載作用下所承擔(dān)的水平剪力的份額

3、,并證明巨型支撐的對整體結(jié)構(gòu)體系的抗側(cè)力剛度貢獻(xiàn)顯著。 本文著重對巨型支撐這一結(jié)構(gòu)特色進(jìn)行了研究。通過支撐全部去除研究,得到了支撐全部移除后和移除前的整體結(jié)構(gòu)位移反應(yīng)對比,從減小整體結(jié)構(gòu)位移反應(yīng)的角度量化了巨型支撐對整體結(jié)構(gòu)體系側(cè)向剛度的貢獻(xiàn)。通過支撐的單根去除研究,得到了在單根支撐失效以后,支撐結(jié)構(gòu)體系受力特點(diǎn)的變化,證明單根支撐的失效并不會(huì)對其他支撐產(chǎn)生重大的影響。通過變化巨型支撐的水平角度并對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,得出了其水平

4、角度合理的設(shè)計(jì)范圍。 運(yùn)用國際通用計(jì)算程序SAP2000對背景工程進(jìn)行了動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析及靜力Pushover分析,得到了三重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系在罕遇地震作用下的工作性能。動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析結(jié)果表明,在罕遇地震烈度的地震波激勵(lì)下,整體結(jié)構(gòu)的位移反應(yīng)均滿足規(guī)范要求。通過對結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力Pushover分析,得到了整體結(jié)構(gòu)進(jìn)入非線性以后的出鉸順序,判斷此出鉸順序是合理的,并得到了其在罕遇地震下結(jié)構(gòu)的變形,判斷其亦能滿足規(guī)范要求。整體結(jié)構(gòu)

5、的動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析和靜力Pushover分析均可判斷整體結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的薄弱部位,據(jù)此對整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了建議。 介紹了背景工程振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)過程及現(xiàn)象,并結(jié)合前述理論計(jì)算結(jié)果,對試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膭?dòng)力特性和位移反應(yīng)進(jìn)行了分析,從試驗(yàn)的角度驗(yàn)證了三重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系良好的抗震性能。 對支撐節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),通過運(yùn)用有限元程序ANSYS對其進(jìn)行精細(xì)有限元分析,初步得到巨型支撐異形鑄鋼節(jié)點(diǎn)的合理截面尺寸；介紹了巨型

6、支撐足尺模型試驗(yàn)的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)過程及現(xiàn)象,得到了巨型支撐在中震彈性抗震性能目標(biāo)下的工作性能；結(jié)合有限元分析結(jié)果,并與之進(jìn)行對比,最后證明巨型支撐節(jié)點(diǎn)能夠滿足設(shè)計(jì)要求,從節(jié)點(diǎn)的角度進(jìn)一步驗(yàn)證三重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系的抗震性能。 上述研究表明,在外部荷載作用下,巨型支撐-筒中筒多重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系受力及變形合理,各重抗側(cè)力體系之間能相互協(xié)同工作--在正常使用極限狀態(tài)下,能有效抵抗風(fēng)載,減小結(jié)構(gòu)變形；在承載能力極限狀態(tài)下,能共同地震荷載,提高高